長距離運輸巷帶式輸送機的技術改進

崔 煒

（西山煤電建筑集團有限公司礦建第一分公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

山西某礦5509 綜采工作面運輸巷設計長度為2 900 m，巷道掘進時穿越5503 輔助運輸巷、5002 回風大巷，具體巷道位置關系見圖1 所示。按照原設計方案，在5509 運輸巷內需要布置2 臺帶寬1 400 mm 的帶式輸送機完成煤炭運輸工作，即在5509 運輸巷布置一條運輸距離2 000 m 帶式輸送機；在5503 以及5507 輔運巷間需要鋪設一臺地溝輸送機。采用上述布置方式不僅巷道掘進工程量增加，而且現(xiàn)場占用的崗位、人員較多。為了提升井下帶式輸送機工作效率，減少井下人員數(shù)量并降低設備能耗，對帶式輸送機進行改造并對輸送機布置進行重新設計，從而達到簡化運輸流程，提高生產(chǎn)效率的目的。

圖1 巷道位置關系

2 長距離運輸巷煤炭運輸方案的設計

2.1 總體運輸方案

為了降低運輸巷內帶式輸送機布置數(shù)量，提出將帶式輸送機驅動部、卸載部分開布置，并通過延伸架連接驅動部及卸載部，從而使得帶式輸送機可直接越過回風大巷與盤區(qū)運輸巷內的皮帶搭接并取消5503 以及5507 輔運巷間的地溝輸送機。采用礦井已有的1.4 m 寬帶式輸送機進行長距離煤炭運輸，具體布置方案見圖2 所示，帶式輸送機機頭以及機尾間高差控制在20 m，總的運輸距離為2 900 m。

圖2 運輸方案

2.2 帶式輸送機運輸校核

礦井原有的帶寬1.4 m 帶式輸送機驅動采用3臺功率400 kW 電動機驅動，最大運輸距離在2 000 m、輸送帶帶強為2 000 N/m、運輸速度為3.55 m/s。5509綜采工作面每天推進距離為3.2 m，煤炭產(chǎn)量平均為2 500 t/h。參照運輸順槽內帶式輸送機傳動效率、運輸長度、巷道坡度等參數(shù)，計算得到帶式輸送機完成煤炭運輸需要的驅動功率為1 396 kW，而輸送機原有的1 200 kW 驅動功率并不能滿足煤炭高效運輸需要[1-3]。

通過理論計算發(fā)現(xiàn)卸載滾筒處受到的最大張力在633.5 kN，帶式輸送機原滾筒允許的合理僅為400 kN，因此需要對帶式輸送機卸載滾筒位置進行安全改造。理論計算得到卸載滾筒位置輸送帶受到的張力為321.5 kN，輸送機采用的輸送帶型號為PVC2000S，在穩(wěn)定工況下輸送帶安全系數(shù)為8.7。

帶式輸送機運輸2 900 m 時計算得到輸送機受到的總張力為263.4 kN，張緊裝置通過4 根鋼絲繩對輸送機進行張緊，平均每根鋼絲繩受到的張緊力為65.85 kN。輸送機原使用液壓油缸張緊方式，此狀態(tài)下單根鋼絲繩承受張力上限為40 kN，因此輸送機張緊裝置布置的鋼絲繩不滿足現(xiàn)場使用需要，需進行重新選擇[4-6]。

2.3 輸送機技術改造

通過對輸送機運輸校核發(fā)現(xiàn)輸送機驅動裝置功率、卸載滾筒位置強度以及張緊裝置鋼絲繩強度等均不能滿足5509 運輸巷帶式輸送機長距離運輸需要。因此，需要對上述不滿足安全運輸?shù)膬热葸M行重點技術改造。

1）對輸送機驅動裝置滾筒輸出軸進行技術改造通過增加一電動機，使得驅動裝置總裝機功率達到4×400 kW。對機頭位置處巷道斷面適當進行刷擴，給驅動裝置安裝以及檢修提供足夠的空間。對卸載滾筒、卸載架進行針對性補強加固，確保卸載滾筒以及卸載架結構穩(wěn)定。

2）對輸送機張緊裝置進行改造，具體是使用變頻控制的張緊絞車代替原本的液壓油缸。采用張緊絞車方式可根據(jù)帶式輸送機張緊力需要對張緊力進行精準控制（張緊力實際值與設定值間精度在1 kN以內）。同時采取的絞車張緊方式動態(tài)反應能力較強，可在極短時間內依據(jù)輸送機帶張力變化進行張緊力調整。當輸送機需要重載啟動時，張緊絞車在變頻器控制下高速收帶，避免啟動過程中輸送帶出現(xiàn)打滑；在重載急停時，變頻器控制張緊絞車快速放帶，均勻地釋放輸送帶張力，避免惡性運輸事故發(fā)生。輸送機在正常運行時，變頻器將輸送帶張緊力控制在一定的范圍內，避免輸送機帶張緊力頻繁使得輸送機運行不穩(wěn)定事故的發(fā)生。

3）對張緊裝置張緊鋼絲繩進行改造。原有的張緊鋼絲繩張緊力偏低，不能滿足現(xiàn)場使用需要。根據(jù)帶式輸送機張緊急校核結果，新的張緊裝置張緊鋼絲繩直徑由16 mm 調整至22 mm，從而有效提升鋼絲繩可靠性。

4）對帶式輸送機PLC 控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)多機驅動帶式輸送機功率平衡。在帶式輸送機控制程序中增加布置多個PID 控制回路，實現(xiàn)輸送機驅動電機負載均衡。PID 控制回路包括有加速度控制、主驅動壓力控制以及從驅動功率控制PID 等。選定帶式輸送機多機驅動中的一臺電動機作為主驅動電機，布置在輸出軸位置的速度傳感器對輸出軸運行速度進行監(jiān)測，并以該監(jiān)測值作為控制帶式輸送機加速度；主驅動控制PID 可以確保離合壓力滿足輸送機滿速運行需要；從驅動功率控制PID 將從電機運行功率與主驅動電機匹配，從而實現(xiàn)功率平衡?，F(xiàn)場應用情況表明，通過PID 控制后，帶式輸送機驅動裝置中主、從驅動電機基本可實現(xiàn)功率平衡，功率差值控制在2%以內。

3 帶式輸送機技術改造效果分析

5509 運輸巷帶式輸送機技術改造耗時15 d 完成并于2020 年3 月正式使用，截止至2020 年8 月，采面回采推進已超過820 m，帶式輸送機運輸長度由2 900 m 縮短至2 080 m。從現(xiàn)場運行情況來看，帶式輸送機運行總體良好，可以滿足綜采工作面煤炭高效運輸?shù)男枰?/p>

在5509 運輸巷對帶式輸送機進行技術改造后，通過一條帶式輸送機即可將采面煤炭運輸至采區(qū)運輸巷，不需要與地溝帶式輸送機搭接運輸。預計在生產(chǎn)期間可減少帶式輸送機設備以及后期維護費用約860 萬元。